某工程懸挑腳手架設(shè)計(jì)計(jì)算

任　俊　周占學(xué)　吳　征

(1.河北建筑工程學(xué)院，河北 張家口 075000；2.河北東方石油建設(shè)工程有限公司，河北 涿洲 072750)

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某工程懸挑腳手架設(shè)計(jì)計(jì)算

任俊1周占學(xué)1吳征2

(1.河北建筑工程學(xué)院，河北 張家口 075000；2.河北東方石油建設(shè)工程有限公司，河北 涿洲 072750)

首先對(duì)某高層住宅樓的懸挑腳手架進(jìn)行施工方案選擇，采用挑撐式承力結(jié)構(gòu)，上部設(shè)置鋼絲繩拉結(jié)作為安全儲(chǔ)備，然后對(duì)腳手架立桿及工字形懸挑鋼梁進(jìn)行荷載計(jì)算及受力分析，驗(yàn)證了腳手架系統(tǒng)可靠性，可為類似工程提供參考.

懸挑腳手架；設(shè)計(jì)計(jì)算；受力計(jì)算

1　工程概況

本工程為如園小區(qū)1#、2#樓工程，由張家口市宣化九天房地產(chǎn)開(kāi)發(fā)有限責(zé)任公司開(kāi)發(fā)、張家口市宣化工程建設(shè)監(jiān)理有限責(zé)任公司監(jiān)理、張家口市宣化區(qū)古城建筑工程有限責(zé)任公司承建施工，建筑面積均為8 931 m2，地下一層、地上十一層，剪力墻結(jié)構(gòu).該工程層高為2.9 m、檐口高度為32.85 m.

本工程現(xiàn)已完成9層主體，正在進(jìn)行10層主體施工，該工程擬采用的是懸挑腳手架做為外圍護(hù)結(jié)構(gòu)，該腳手架由九層樓面挑出鋼梁采用18#工字鋼，埋件為ф20螺栓，壓板為63 mm×63 mm角鋼，挑出長(zhǎng)度為1.3 m，樓內(nèi)挑梁長(zhǎng)度均為挑出長(zhǎng)度的1.25倍，陽(yáng)臺(tái)部分從墻外邊挑出2.8 m，墻內(nèi)挑梁長(zhǎng)度為1.25×2.8 m.

2　懸挑腳手架施工方案的選擇

在結(jié)構(gòu)承力形式的布置上，懸挑腳手架可分為挑拉式、挑撐式、挑梁式、撐拉結(jié)合式四類：

(1)挑拉式.該腳手架是由鋼梁和斜拉桿構(gòu)成的，呈正三角結(jié)構(gòu)，目的是承擔(dān)上部的外腳手架荷載.對(duì)比斜壓桿來(lái)說(shuō)由于斜拉桿不存在壓桿穩(wěn)定性的問(wèn)題，所以挑拉結(jié)構(gòu)具有比較高的承載力，是懸挑腳手架主要承力結(jié)構(gòu)形式的首選.鋼梁間距的設(shè)置與外腳手架立桿的柱距相同，在設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)與挑梁的連接時(shí)，一般設(shè)計(jì)為固接，也可為鉸接.為了保障斜拉桿與挑梁的協(xié)同工作，應(yīng)把斜拉桿長(zhǎng)度設(shè)計(jì)成可調(diào)式.

(2)挑撐式.該腳手架是由鋼梁和斜撐桿構(gòu)成的(普通鋼管扣件也可作于斜撐桿)，呈倒三角結(jié)構(gòu)，是承擔(dān)上部的外腳手架荷載.在三腳架布置的時(shí)候，可以根據(jù)柱和梁的位置或者是取三腳架的高度作為層高的辦法(應(yīng)用與框架結(jié)構(gòu)).斜撐桿的壓桿穩(wěn)定性是設(shè)計(jì)時(shí)需要考慮的.在斜撐桿的兩端應(yīng)增加約束來(lái)防止壓桿失穩(wěn).

(3)挑梁式.此腳手架是由從主體結(jié)構(gòu)中挑出的鋼梁作為承擔(dān)外腳手架荷載的結(jié)構(gòu)形式，它的受力形式和懸臂梁一樣，梁的根部要受到比較大的剪力和彎矩.一般采用規(guī)格比較大的工字鋼或槽鋼作為挑梁.

(4)撐拉結(jié)合式.該腳手架由鋼梁、斜拉桿以及斜撐桿構(gòu)成，一起承擔(dān)外腳手架荷載.由于該結(jié)構(gòu)的約束增加，斜拉桿與斜壓桿間的協(xié)同工作程度難以控制，因而設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)以挑拉或挑撐中的一種結(jié)構(gòu)形式承力為主，另外的撐或拉的方式為輔(做為第二道防線)，以確保結(jié)構(gòu)安全.

由于本工程懸挑長(zhǎng)度為4.6 m，懸挑的跨度較大，施工荷載也較大，對(duì)比以上幾種懸挑腳手架施工方案后，決定采用挑撐式承力結(jié)構(gòu)，上部可設(shè)置鋼絲繩拉結(jié)作為安全儲(chǔ)備.

本工程采用18號(hào)工字鋼作懸挑橫梁，懸挑鋼間距700 mm，腳手板自重(3層)，擋板，安全網(wǎng)，屋面自重，基本風(fēng)壓，模板，施工荷載.腳手架鋼管采用雙排鋼管，其強(qiáng)度為205.0 N/mm2，鋼管強(qiáng)度折減系數(shù)取1.00.模板支架搭設(shè)高度為6.0 m，立桿的縱距b=0.70 m，立桿的橫距l(xiāng)=0.70 m，立桿的步距h=1.50 m.施工均布荷載標(biāo)準(zhǔn)值2.50 kN/m.扣件計(jì)算折減系數(shù)取1.00.懸挑腳手架體系見(jiàn)圖1.

圖1　懸挑腳手架體系

3　懸挑腳手架體系計(jì)算

3.1荷載計(jì)算

作用在腳手架上的荷載分為永久荷載與可變荷載.腳手架承受的荷載計(jì)算如下：

3.1.1立桿承受的永久荷載計(jì)算

(1)構(gòu)件自重：查《建筑施工扣件式鋼管腳手架安全技術(shù)規(guī)范》附錄A得每米立桿承受的結(jié)構(gòu)自重標(biāo)準(zhǔn)值為0.139 1 KN/m.

Nk1=6×0.1391KN=0.8346KN

(2)腳手板自重：查《規(guī)范》表4.2.1—1得0.35 KN/m2(腳手板為三層)

Nk2=3×0.35×0.7×0.7/2=0.257KN

(3)欄桿、擋板自重：Nk3=0.7×3/2×0.14=0.147KN

(4)安全網(wǎng)自重：Nk4=0.005×0.7×6=0.021KN

永久荷載標(biāo)準(zhǔn)值為：

Nk=Nk1+Nk2+Nk3+Nk4=1.26 KN

3.1.2立桿承受的活荷載計(jì)算

活荷載標(biāo)準(zhǔn)值為：NQ=2.5×0.7×0.7×2/2=1.225KN

3.1.3風(fēng)荷載計(jì)算

作用于腳手架上的水平風(fēng)荷載標(biāo)準(zhǔn)值按照以下公式計(jì)算：

ωk=0.7μ2·μs·ω0

式中，基本風(fēng)壓為：

ω0=0.35 KN/m2

風(fēng)荷載高度變化系數(shù)為：

μz=0.88

風(fēng)荷載體型系數(shù)為：

μ0.6

風(fēng)荷載標(biāo)準(zhǔn)值為：

ωk=0.7×0.35×0.88×0.6=0.129 KN/m2

3.2立桿穩(wěn)定性計(jì)算

3.2.1當(dāng)不考慮風(fēng)荷載時(shí),立桿的穩(wěn)定性計(jì)算公式為：

式中，N為不考慮風(fēng)荷載時(shí)，立桿軸心壓力設(shè)計(jì)值：

N=×1.2 Nk+1.4 NQ=1.2×1.26+1.4×1.225=3.227 KN

φ——軸心受壓立桿的穩(wěn)定系數(shù),由長(zhǎng)細(xì)比l/i查表得到0.458；

A——立桿橫截面面積，A=5.060cm2；

[f]——鋼管立桿抗壓強(qiáng)度設(shè)計(jì)值，[f]=205.00N/mm2；

因此，

不考慮風(fēng)荷載作用時(shí)，立桿穩(wěn)定性滿足要求.

3.2.2風(fēng)荷載作用下，立桿穩(wěn)定性計(jì)算

N/(φA)+MW/W≤f

式中，N為不考慮風(fēng)荷載時(shí)，立桿軸心壓力設(shè)計(jì)值；

N=1.2 Nk+0.85×1.4NQ=1.2×1.26+0.85×1.4×1.225=2.97 KN

MW——風(fēng)荷載設(shè)計(jì)值產(chǎn)生的彎矩；

W——立桿凈截面模量(抵抗矩),W=5.260 cm3；

MW=0.85×1.4×wklah2/10

=0.85×1.4×0.29×0.7×1.52/10=0.024KN·m

因此，

σ=N/(φA)+MW/W=2.97×103/(0.458×506)+0.024×106/5260=17.378 N/mm2

考慮風(fēng)荷載時(shí)立桿的穩(wěn)定性計(jì)算σ

3.3工字形懸挑鋼梁的受力計(jì)算

3.3.1懸挑橫梁內(nèi)力計(jì)算

本工程采用挑撐式懸挑型鋼承力架，以SAP2000有限元軟件進(jìn)行計(jì)算，其計(jì)算簡(jiǎn)圖如圖2所示，橫梁采用18號(hào)工字鋼，其截面慣性矩I=1660 cm4，截面抵抗矩W=185 cm3，設(shè)計(jì)值為q=0.241KN/m.支撐的鋼架選用16號(hào)工字鋼，其截面慣性矩I=1 130 cm4，截面抵抗矩W=141 cm3.

圖2　計(jì)算模型

圖3　彎矩圖(KN/m)

圖4　軸力圖(KN/m)

圖5　剪力圖(KN/m)

3.3.2型鋼懸挑梁的抗彎強(qiáng)度計(jì)算

型鋼懸挑梁的抗彎強(qiáng)度的計(jì)算公式為：

式中Mmax——計(jì)算截面最大彎矩設(shè)計(jì)值；

W——鋼梁的截面模量；

f——鋼材的抗彎強(qiáng)度設(shè)計(jì)值.

型鋼懸挑梁的抗彎強(qiáng)度滿足要求.

3.3.3型鋼懸挑梁抗剪強(qiáng)度的計(jì)算

型鋼懸挑梁進(jìn)行抗剪強(qiáng)度驗(yàn)算，計(jì)算公式為：

式中Vmax——計(jì)算截面沿腹板平面作用的最大剪力設(shè)計(jì)值；

S——計(jì)算剪力處以上毛截面對(duì)中和軸的面積矩；

I——型鋼毛截面慣性矩；

tw——型鋼腹板厚度；

fv——鋼材的抗剪強(qiáng)度設(shè)計(jì)值.

型鋼懸挑梁抗剪強(qiáng)度滿足要求.

4　結(jié)　論

通過(guò)對(duì)本工程懸挑腳手架的計(jì)算分析，對(duì)懸挑腳手架進(jìn)行了內(nèi)力求解和承載力驗(yàn)算，得出該懸挑式型鋼腳手架系統(tǒng)穩(wěn)定、可靠性優(yōu)良的結(jié)論.

[1]建筑施工扣件式鋼管腳手架安全技術(shù)規(guī)范(JGJl30一201l)[s].北京：中國(guó)建筑工業(yè)出版社，2011

[2]建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范(GB50009-2012)[s].北京：中國(guó)建筑工業(yè)出版社，2012

[3]李文平，王林，林偉宏,等.高層懸挑三角形桁架鋼管腳手架搭設(shè)施工[J]．施工技術(shù)，20ll

[4]何宇峰.懸挑式腳手架在高層建筑中的應(yīng)用分析[J]．工程技術(shù)周刊，2013(3)：22

[5]張根鳳.高層建筑懸挑式外腳手架搭設(shè)技術(shù)[J]．工程質(zhì)量，2008

[6]李鐵柱.高層住宅樓懸挑外架施工方案應(yīng)用[J]．山西建筑，2014

Calculation And Analysis of Cantilever Scaffold In High-Rise Build

REN Jun，ZHOU Zhan-xue，WU Zheng

(1.Hebei University of Architecture，Zhangjiakou 075000,China；2.Hebei east petroleum construction engineering Co.,Ltd,Zhuozhou 072750,China)

In this paper,firstly,the construction scheme selection of a high-rise residential building is carried out,using the cantilever bearing structure,the upper part is provided with a steel wire rope pull knot as a safety reserve.Then load calculation and stress analysis of the cantilever beam with I-shaped and scaffolding pole were implemented,verifying the scaffolding system reliability,can provide a reference for similar projects.

cradle scaffold;design calculation;stress calculation

2016-02-05

任俊(1992-)，男，碩士研究生，張家口市，075000.

TU 744

A